在车辆操纵元件上进行力模拟的设备，优选踏板力模拟器的制作方法

本发明涉及一种用于在车辆的操纵元件上进行力模拟的设备，优选在踏板力模拟器上，该踏板力模拟器提供关于规定的力-行程特性的触觉反馈，其中，在壳体中可轴向运动地支承的移动元件与所述操纵元件连接。

背景技术：

在涉及线控离合器原理的离合器系统中，通过电动机操纵离合器，所述电动机在有些情况下由通过驾驶员操纵的离合器踏板来调节。然而，驾驶员应该在接合离合器和分离离合器时在踏板上感觉到相同的力-行程变化过程，如在传统分离系统中感觉到的那样。为了操控电动机需要关于踏板或踏板力模拟器的操纵行程的信息。在此，传统分离系统的主动缸应该被可产生与传统分离系统相同的、作用到离合器踏板上的力-行程变化过程的构件代替。尤其，在传统分离系统的液压主动缸中，在压力室中测量分离系统的活塞的工作行程。在此，一个靶位于活塞上，并且传感器位于压力室外部。因为踏板力模拟器没有压力室，所以不可能进行这样的行程测量。

技术实现要素：

本发明所基于的任务是，说明一种用于在车辆的操纵元件上进行力模拟的设备，在所述操纵元件中生成所述设备的移动元件的可靠行程测量。

根据本发明，该任务通过以下来解决，即存在用于确定移动元件位置的集成式行程测量单元，所述行程测量单元包括定位在壳体内部或在壳体外部固定于壳体上的传感器，其中，在移动元件上固定了一个与传感器作用连接的靶。这具有以下优点，即在行程测量单元集成到踏板力模拟器中时需要较少的单个部件并且出现较小的公差链。

在一变型方案中，行程测量单元构造为电阻式行程测量单元。这样的电阻式行程测量单元可特别简单且成本有利地布置在用于力模拟的设备上并且同时是耐用的，该电阻式行程测量单元因此适用于在车辆中使用。

在一构型方案中，电阻式行程测量单元构造为电位计，其中，在壳体内壁上安装了构造为电阻元件的传感器，其中，所述电阻元件在其两个端部上能与电压源连接，并且电滑动接触部作为靶布置在移动元件上，所述电滑动接触部与电阻元件机械接触。因为这样的电位计为分电压器，所以由电位计输出的电压适合作为用于由移动元件走过的行程的特征。

替代地，也可以取代电位计而使用作为具有格雷代码的增量式行程接收装置的解决方案。

在一变型方案中，行程测量单元构造为感应式行程测量单元。因为在这样的感应式行程测量单元情况下取消了在行程测量时的机械接触，所以该感应式行程测量单元为用于确定移动元件位置的特别不敏感的装置。

在一扩展方案中，感应式行程测量单元构造为沉入式芯线圈，所述沉入式芯线圈包括线圈和铁磁芯，所述线圈沿着壳体内壁延伸并且固定在该内壁上，所述铁磁芯作为靶定位在移动元件的一端侧上，其中，线圈借助两个端部与电压源连接。这样的沉入式芯线圈非常耐用并且允许可靠的行程测量。

在一替代方案中，感应式行程测量单元构造为差动变压器或构造为涡流传感器。

有利地，差动变压器的线圈被铸造到壳体中或由该壳体注塑包封，其中，线圈为了馈给和分析处理而直接在分析处理电子装置上进行接触。

在涡流传感器情况下，导体固定在移动元件上。通过在传感器中产生的高频磁场，移动元件在运动时会产生涡流。通过涡流产生的阻抗变化用作移动元件位置的量度。因为在此涉及仅探测传导材料的非接触式测量方法，所以该测量方法对于污染是不敏感的并因此能被可靠使用。

在另一替代方案中，行程测量单元构造为静磁式行程测量单元。该测量方法也非接触式地工作并因此允许无磨损的行程测量。

在一变型方案中，永磁体作为靶布置在移动元件上，所述永磁体与定位在壳体内壁或外壁上的霍尔传感器作用连接。因为霍尔传感器能批量生产，所以在此涉及成本特别有利的构型方案。

在一实施方式中，霍尔传感器或者在电路板上实施，或者实施为引线框架-ic。

在一构型方案中，传感器集成到壳体中或固定在位于所述壳体外部上的单独的测量单元壳体中。如果行程测量单元为单独的测量单元壳体，所述测量单元壳体固定在用于力模拟的设备的壳体外部上，那么可以借助这些附加传感器针对用于力模拟的不同设备使用本身存在的标准解决方案，这些设备可以在装配时被简单地布置。尤其在附加传感器中公差链被减小，并且在维修服务的情况下能够简单地更换靶，在这些附加传感器情况下靶固定在移动元件上。

在另一实施方式中，霍尔传感器定位在引线框架组件中，所述引线框架组件集成在壳体上或在测量单元壳体中与传感器电子装置共同布置在电路板上。两个变型方案可以实施为附加传感器或可以集成到用于力模拟的设备的壳体中。尤其，当霍尔传感器定位在壳体外壁上并因此作为附加解决方案被使用时，能够在装配传感器时实现简单操作。

在一变型方案中，行程测量单元构造为光学式或电容式行程测量单元。

在一替代方案中，为了转换移动元件的直线运动，在该移动元件上布置了作为靶的齿条，根据直线运动实施旋转运动的一齿轮与所述齿条啮合，所述旋转运动通过布置在壳体中或壳体上的非接触式旋转传感器来探测。通过可能的传动比，在需要时可以在该变型方案中改善传感器的分辨率和精度。

附图说明

本发明允许多种实施方式。应该根据在说明书附图中示出的附图进一步阐释这些实施方式中的多个。

附图示出：

图1车辆的线控离合器系统的原理图，

图2具有电阻式行程测量单元的踏板力模拟器的实施例，

图3具有感应式行程测量单元的踏板力模拟器的实施例，

图4具有静磁式行程测量单元的踏板力模拟器的实施例，

图5具有涡流传感器的踏板力模拟器的实施例，

图6具有涡流传感器的踏板力模拟器的另外的实施例，

图7具有光学行程测量单元的踏板力模拟器的实施例，

图8具有光学行程测量单元的踏板力模拟器的另一实施例，

图9具有平移-旋转-行程测量单元的踏板力模拟器的实施例，

图10具有作为附加传感器的行程测量单元的根据本发明的踏板力模拟器的实施例，

图11具有作为附加传感器的行程测量单元的踏板力模拟器的另一实施例，

具体实施方式

在图1中示出离合器系统1的原理图，在该离合器系统中，离合器2通过线控离合器系统(clutch-by-wire-system)来操纵。在这样的系统中，将要由驾驶员操纵的油门踏板3与踏板力模拟器4连接，在所述踏板力模拟器上布置了传感器5，所述传感器将踏板力模拟器4的移动传送到电动机6的控制单元上。在此，电动机6根据由该传感器5测量出的行程变化通过例如液压的路段7操控离合器2。

在图2中示出一个针对踏板力模拟器4的实施例，该踏板力模拟器为用于在油门踏板3上进行力模拟的设备并且构造有电阻式行程测量单元8。在此，踏板力模拟器4包括壳体9，移动元件10可轴向运动地支承在所述壳体中，并且所述移动元件通过未进一步示出的连接元件与活塞杆11连接。在壳体9中，例如可以是活塞的移动元件10被多个螺旋弹簧12包围。这些螺旋弹簧12贴靠在壳体底部13上并且在操纵移动元件10时被压紧或被放松。壳体9在面向螺旋弹簧12的端部上具有凸出部14，电位计安置在所述凸出部中。电位计是电阻元件15，所述电阻元件在壳体9内部的底部槽口16的壁上延伸，并且所述电阻元件的两个端部17，18从壳体9中被引出并且与未进一步示出的操控和分析处理单元、例如控制器具或本地微控制器连接。在配合到底部槽口16中的移动元件10的端侧上固定了电滑动接触部19，所述电滑动接触部根据移动元件10的位置而定地机械地接触到电阻元件15上，由此产生分电压，并且由控制器具在电阻元件15上截取的电压被评价为用于移动元件10的位置的量度。

在图3中示出一替代方案，这里，取代电位计而布置了沉入式芯线圈20。在该感应式测量方法中，线圈21沿着壳体9的底部槽口16的内壁延伸并且借助同样在壳体9外部的两个端部22、23与操控和分析处理单元连接。在移动元件10的端侧上布置了轴向延伸的铁磁芯24，所述铁磁芯在位置改变时沉入线圈21中或从该线圈中被拉回。因为磁场由于铁磁芯24的沉入会改变，并且线圈21上的电压因此也改变，所以这里电压也被分析处理为用于移动单元10的位置的量度。沉入式芯线圈优选差动地被实施，以便补偿测量不准确性。

在图4中示出踏板力模拟器4的静磁式行程测量单元25。在此，沿轴向方向具有南-北定向并且构造为靶的永磁体26布置在移动元件10的端侧上。在移动元件10运动时，永磁体26从霍尔传感器27旁经过，所述霍尔传感器探测磁场，并因此探测移动元件的位置，并且将该位置输出到控制器具上。

在图5中示出踏板力模拟器4的另一实施例，在该实施例中，行程测量单元构造为涡流传感器。在移动元件10的端侧上，可导电材料28布置为靶，在该靶中，通过由涡流传感器29产生的高频磁场来产生涡流，其中，根据与布置在踏板力模拟器4的壳体9的端部上的涡流传感器29的间距而定地在该涡流传感器中引起阻抗改变。线圈上的涡流电阻根据靶与涡流传感器29之间的不同轴向间距而不同，并因此是用于移动元件10的位置的量度。

在图6中示出的一替代方案中，布置在移动元件10的端侧上的永磁体30在踏板力模拟器4的纵向延伸部中楔形地构造。在此，涡流传感器29布置在壳体9的底部槽口16的纵侧面上。在移动元件10移动时，楔形构造的永磁体30与固定安装的涡流传感器29的径向间距会改变，由此，在涡流传感器29的线圈中也产生阻抗改变，并且由于楔形永磁体30与涡流传感器29的径向间距会输出相应的行程信息。

在图7和8中，踏板力模拟器4构造有光学行程测量单元。该光学行程测量单元包括发送光学信号并且根据图7布置在壳体底部13上的发送/接收单元31。定位在移动元件10的端面上的靶构造为将由发送/接收单元31发出的光送回该发送/接收单元的反射器32。发送/接收单元31包括未进一步示出的分析处理电子装置，所述分析处理电子装置实施光学信号的传送时间测量，并且从中推断出移动元件10的实时位置。

与图7不同，在图8中，布置在移动元件10的端侧上的反射器33在踏板力模拟器4的轴向延伸部中楔形地构造，其中，发送/接收单元31在壳体9的底部槽口16上在外部位于纵侧面上。在该布置中，发送/接收单元31与反射器33之间的径向间距会改变。由此产生的光学信号传送时间差被用作用于移动元件10的位置的量度。

在图9中示出具有测量单元的踏板力模拟器4的实施例，在该实施例中，移动元件10的直线运动被转换成旋转运动。在此，在移动元件10的端侧上沿轴向方向布置了齿条34，在移动元件10移动时，支承在轴35上的齿轮36通过所述齿条被置于旋转运动中。该旋转运动通过根据磁性或感应测量原理工作的非接触式旋转传感器37来探测，其中，齿轮的、在旋转运动中走过的增量数为用于移动元件10的位置的量度。

在此，在实施例中示出的解决方案不仅可以用作集成在踏板力模拟器4的壳体9中的解决方案，而且也可以用作所谓的附加传感器，如在图10和11中以静磁式行程测量单元25为例示出的那样的附加传感器。即使存在这些附加传感器情况下，永磁体26在任何情况下也布置在移动元件10的端侧上。在此，霍尔传感器27与传感器电子装置38共同位于电路板39上，所述霍尔传感器、传感器电子装置和电路板在壳体9外部定位在壳体9上的具有引线框架的传感器壳体中、该传感器壳体同时包括向外引出的插头40。在此，传感器壳体平行于壳体9的底部槽口16地布置，永磁体26在所述壳体中运动。

在图11中示出的替代方案中，附加传感器在壳体9外部布置在踏板力模拟器4的壳体9的壳体底部13上并且包括用于永磁体26的运动腔41。在此，移动元件10的端侧穿过踏板力模拟器4的壳体9的壳体底部13向外引出并且使永磁体26在平行于霍尔传感器27延伸的运动腔41中运动。因此，永磁体26位于踏板力模拟器4的外部并且被螺旋弹簧42预紧，该螺旋弹簧在不存在移动时使移动元件10复位到初始位置中的。运动腔41与霍尔传感器共同构成单独的测量单元壳体43，所述测量单元壳体可作为附加传感器被简单地装配。

附图标记列表

1离合器系统

2离合器

3油门踏板

4踏板力模拟器

5传感器

6电动机

7液压路段

8电阻式行程测量单元

9壳体

10移动元件

11活塞杆

12螺旋弹簧

13壳体底部

14凸出部

15电阻元件

16底部槽口

17电阻元件端部

18电阻元件端部

19滑动接触部

20沉入式芯线圈

21线圈

22线圈端部

23线圈端部

24铁磁芯

25静磁式行程测量单元

26永磁体

27霍尔传感器

28传导材料

29涡流传感器

30永磁体

31发送/接收单元

32反射器

33反射器

34齿条

35轴

36齿轮

37旋转传感器

38传感器电子装置

39电路板

40插头

41运动腔

42螺旋弹簧

43测量单元壳体